C语言中不透明指针和对象

C语言中的不透明指针和对象

在C语言中，如果我们想实现类似于面向对象的方法，把接口API暴露给使用者，而内部数据隐藏起来私有。该怎么办呐？本文介绍一种实用的设计模式，使用不透明指针（句柄）实现类似于面向对象的操作。

不透明指针是一种很好的设计模式。

在C语言中构造一个对象：

• 定义一个结构包含我们需要的数据
• 定义一些方法（函数）来处理一些事情，这些函数的第一个参数是结构的指针
• 申明一个变量作为对象的实例

这种不透明数据结构的实现方式多在底层操作系统中用到，最近看freeRTOS代码，其中的核心数据结构任务控制块就是在task.c文件中实现，在task.h中则是使用这样一个不透明结构体TaskHandle_t，其内部结构struct tskTaskControlBlock在task.c中实现。

//task.h中不透明结构体（句柄）定义如下
struct tskTaskControlBlock; /* The old naming convention is used to prevent breaking kernel aware debuggers. */
typedef struct tskTaskControlBlock * TaskHandle_t;

//task.s中定义结构体的具体内容
typedef struct tskTaskControlBlock       /* The old naming convention is used to prevent breaking kernel aware debuggers. */
{
    volatile StackType_t * pxTopOfStack; /*< Points to the location of the last item placed on the tasks stack.  THIS MUST BE THE FIRST MEMBER OF THE TCB STRUCT. */

    #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )
        xMPU_SETTINGS xMPUSettings; /*< The MPU settings are defined as part of the port layer.  THIS MUST BE THE SECOND MEMBER OF THE TCB STRUCT. */
    #endif

...

    #if ( configUSE_POSIX_ERRNO == 1 )
        int iTaskErrno;
    #endif
} tskTCB;
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

下面举一个例子，介绍不透明指针的用法。例子中定义一个结构体，里面包含两个数据成员，要构建这样一个对象，对外提供一个算法。例子中这个算法很简单，就是两个数据加起来，返回计算结果。

例子中三个文件：

    main.c
    test.c
    test.h
1
2
3

test.c文件

#include  "test.h"
#include  "stdlib.h"

typedef struct myDataType
{
    int a;
    int b;
}ST_MyData_T;

myDataHandle CreatMyData(int a, int b)
{
    myDataHandle pstmyData = malloc(sizeof(myDataHandle));
    pstmyData->a = a;
    pstmyData->b = b;
    return pstmyData;
}

int  GetMyResult(myDataHandle pstVal)
{
    return (pstVal->a)*(pstVal->b);
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

test.h文件

#ifndef  _TEST_H_
#define  _TEST_H_

struct myDataType;
typedef  struct myDataType* myDataHandle;

extern  myDataHandle CreatMyData(int a, int b);
extern  int  GetMyResult(myDataHandle pstVal);
#endif  //_TEST_H_
1
2
3
4
5
6
7
8
9

main.c文件

#include 
#include "test.h"

void main(){
    myDataHandle  pmydata;
    pmydata = CreatMyData(2,3);
    printf("result = %d\n",GetMyResult(pmydata));
}
1
2
3
4
5
6
7
8

在main.c中使用不透明结构体类型定义一个对象（句柄），使用接口函数接口来操作对象，因为对象的类型没有直接在.h文件中定义，无法直接访问指针中的成员，起到了隐藏对象成员的作用。

参考：
Practical Design Patterns: Opaque Pointers and Objects in C: https://interrupt.memfault.com/blog/opaque-pointers